JP3857579B2 - 面取り加工方法および面取り加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センターレス研削機を改良して、円柱状被加工物の端部の縁を面取り加工する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６はセンターレス研削の機構を説明するために示した模式図であって（Ａ）は標準的なセンターレス研削を表している。
ブレード１と調整砥石２とによって被加工物３を支承する。該調整砥石２は砥石車であって矢印Ｒ１方向に回転する。
砥石車である研削砥石４は矢印Ｒ２方向に回転しつつ被加工物３に接触し、その外周面を研削する。該被加工物３は研削力によって矢印Ｌ方向に回されるが、その回転速度は調整砥石２との摩擦力によって制御される。
調整砥石２と被加工物３との関係を極力一定に保つため、調整砥石台５とブレード１との相対位置を変えないで、該調整砥石台５を矢印ａ方向に切込み送りして被加工物３の仕上寸法を制御する。
調整砥石台を矢印ａ方向に切込み送りする代りに、研削砥石台を矢印ｂ方向に切込み送りしても良い。図示の７は当該センターレス研削機のベースである。
【０００３】
図６（Ｂ）は、接線送り方式のセンターレス研削機の概要を表している。研削前の被加工物９Ａは円柱状をなしていて、矢印ｃ方向に重力下降し、符号９Ｂで示した研削中の被加工物のように、研削砥石４に対して接線方向に移動しながら研削される。このとき、研削力によって前記矢印Ｌと同じ方向（図において反時計方向・左回り）に回転せしめられつつ真円柱状に研削仕上げされ、研削済み被加工物９Ｃのように放出される。
以上に示した（Ａ）標準型研削と（Ｂ）接線送り型研削とに共通して、被加工物は円柱状（円柱に類似した形状を含む意）であり、いわゆる「芯出し」をしてチャックされることなく、その外周（円柱面）を支持され、調整砥石によって回転を制御される。これがセンターレス研削の特徴である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したセンターレス研削は、円柱状部材を被加工物とし、高能率、高精度で研削仕上げを行なうことができる。
その応用として、テーパを有する円柱状被加工物のテーパ面を研削する技術や端面を研削する技術などが開発され、広く使用されている。
テーパ付き円柱（すなわち円錐）状の被加工物をセンターレス研削する技術を利用して、円柱の端部の縁を面取り加工することも可能ではあるが、作業性や精度が十分でなかった。
本発明は上述の事情に鑑みて為されたものであって、センターレス研削の技術的分野の中で、従来の面取り兼用のセンターレス研削機では達成できなかった高能率、高精度の面取り専用のセンターレス研削技術を提供しようとするものである。センターレス研削の技術分野内であるということは、
円柱状の被加工物を対象とし、
被加工物を芯出ししてチャックすることなく、
調整砥石によって被加工物の回転を制御しつつ、
研削砥石を接触させて研削する、ということである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために創作した本発明の基本的原理について、その１実施形態に対応する図３を参照して略述すると次のとおりである。
すなわち、センターレス研削技術を改良して、円柱状被加工物の端部の縁を、高能率かつ高精度で面取り加工するため、
矢印ｄ方向に回転している調整砥石に対して、円柱状被加工物３を、調整砥石の回転中心線Ｘ−Ｘと平行に保ち、矢印ｅ方向に自転させながら、矢印ｆのように、調整砥石２の周りに公転させる。上記のようにして自転・公転している被加工物３の端部の縁に、回転している研削砥石４を接触させて面取り加工する。多数の被加工物を面取り加工する際、これら多数の被加工物を順次に連続的に矢印ｆ方向に流すことにより、高能率の面取り加工が可能である。
【０００６】
以上に説明した原理に基づいて請求項１に係る発明方法は、
センターレス研削によって円柱状被加工物の端の縁を面取り加工する方法において、
被加工物を調整砥石の回転軸に対して平行に保ちつつ、
該被加工物を調整砥石の外周面に沿って公転せしめるとともに、被加工物の中心線の周りに自転せしめ、
上述のようにして公転および自転している被加工物の端部に対して研削砥石を接触せしめ、
調整砥石の半径寸法と被加工物の直径寸法との和にほぼ等しい半径寸法の凹形円柱面を有し、剛性を有するワーク押えを構成し、該ワーク押えの凹形円柱面を調整砥石と同心に保持した状態で、
調整砥石とワーク押えとの間に被加工物を導いて通過せしめ、該ワーク押えにより被加工物を調整砥石に押しつけて接触圧を与え、
上記の接触圧によって生じる摩擦力で被加工物に転がり自転を行なわせ、
直円筒の片側の端から、該直円筒の中心線に平行なスリット状の切欠を設けた櫛状のキャリアを構成するとともに、該切欠の奥行寸法を被加工物の長さ寸法よりも短くし、
上記キャリアの中に調整砥石を、平行に、かつ偏心させて配置し、
前記スリット状切欠の中に被加工物を嵌め合わせ、
直円筒状のキャリアを、その中心線の周りに回転させて、被加工物の公転を案内することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明方法の構成は、先に説明した請求項１の発明方法の構成要件に加えて、
前記のキャリアを、調整砥石の回転方向と同じ回転方向に、かつ、調整砥石の回転速度のほぼ１／２の回転速度で回転せしめるように制御して回転駆動することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明装置の構成は、円柱状の被加工物の外周面に接触する砥石車である調整砥石と、該被加工物に接触する砥石車である研削砥石とを具備しているセンターレス研削機であって、
円柱状の被加工物の直径寸法と、調整砥石の半径寸法との和にほぼ等しい半径寸法の凹円柱面を有するワーク押えが固定されていて、
上記ワーク押えは、一定の形状を保つ剛性を有する部材であり、
上記ワーク押えの凹円柱面と調整砥石の外周面との間に挟まれて転がり運動している円柱状被加工物の端部付近に接触して端部の縁を研削する研削砥石を具備しており、
かつ、調整砥石の直径よりも大きい内径寸法を有する直円筒状をなし、その片方の端から中心線と平行なスリット状の切欠を列設されて櫛歯状をなすキャリアが設けられていて、該切欠の奥行寸法は被加工物の長さ寸法よりも短く、
上記のキャリアは、調整砥石に対して平行に、かつ偏心して、回転可能に支持されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明装置の構成は、先に説明した請求項３の発明装置の構成要件に加えて、前記のキャリアを、調整砥石の回転方向と同じ方向に、かつ、該調整砥石の回転速度のほぼ１／２の回転速度で、回転させる駆動機構が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
先ず、図１を参照して本発明装置の１実施形態の全体的な概要を説明する。
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。ただし、本発明においてはセンターレス研削機の主要構成部材である調整砥石２と研削砥石４とのそれぞれの軸心が立体交差状に直交しているので、正面図、側面図は便宜上の呼称であって、入れ替えて呼ぶこともできる。
本例の調整砥石２は、水平な調整砥石軸２ａに装着して支持されており、サーボモータ２ｂによって回転駆動される。
一方、本例の研削砥石４は、前記調整砥石軸２ａよりも下方に位置し、かつ該調整砥石軸２ａに対して垂直な研削砥石軸４ａに装着して支持され、図外の駆動手段によって回転せしめられる。
この研削砥石４の外周面４ｂは、中心線Ｙ′−Ｙ′を通る面による断面が、外周側に向かって凹なる円弧状をなしている。
符号１０を付して示した構成部材は、本発明を適用して構成したキャリアであって、その詳細は図３を参照して後に詳しく述べるが、概要的には、スリット状の切欠を設けた櫛歯形の円筒形部材である。
上記キャリア１０は、深皿形の（ブレーキドラム状の）キャリアドラム１１に装着して支持されている。そして該キャリアドラム１１はキャリア支持軸１２によって支持され、キャリア駆動部１３によって回転駆動されるようになっている。要部の構成は以下に説明する。
【００１８】
図２は、前掲の図１に示した実施形態における調整砥石２とキャリア１０とを抽出して描いたもので、（Ａ）は斜視図であり、読図を容易ならしめるように調整砥石は仮想線で描いてある。（Ｂ）は側面図であって、図１では図示を省略したガイド１０ｂとワーク押え１４とを付記してある。
本図２（Ａ）に表されているようにキャリア１０は、全体的には円筒状をなし、その片側の端から多数のスリット状切欠１０ａが全周に亙って等間隔に設けられている。
上記スリット状切欠１０ａの幅寸法は、被加工物に対して緩やかに嵌合するように設定されている。また、該切欠１０ａの深さ寸法は、被加工物の長さ寸法よりも若干短く設定されていて、嵌め合わされた被加工物の端部が適宜に突出するようになっている。突出状態は、後に図５に示して説明する。
キャリア１０は調整砥石の外周を覆うように配置される。
Ｘ−Ｘは調整砥石２の中心線、χ−χはキャリア１０の中心線である。
キャリア１０は調整砥石２に対して平行で、かつ僅かに上方へ偏心している。
本図２においては、双方の部材の径方向の寸法差、および偏心量を拡大誇張して描いてある。
【００１９】
図２（Ｂ）においては、前記の中心線Ｘ−Ｘ，中心線χ−χは紙面に直交し、互いに上下に離れた点として表されている。Ｙ−Ｙ，およびｙ−ｙは水平軸、Ｚ−Ｚは垂直軸である。
調整砥石の下方にワーク押え１４が設置されている。ワーク押えとは、被加工物と摺動しつつ、これに押圧力を与える部材をいう。
本発明におけるワーク押え１４は、調整砥石の外周面と同心の凹形円柱状の内周面を有し、調整砥石とワーク押えとの間隙寸法は、被加工物の直径寸法とほぼ等しく設定されている。このワーク押え１４の作用については、図４を参照して後に詳しく述べる。
【００２０】
矢印ｄは調整砥石２の回転方向を示し、矢印ｆはキャリア１０の回転方向を示している。スリット状の切欠１０ａは紙面と直角方向である。
多数の被加工物は、ガイド１０ｂの上端部に案内されて、紙面と垂直な姿勢で矢印ｉのように供給され、１本ずつ切欠１０ａに嵌まり込んで矢印ｆ方向に送られる。
重力を利用して被加工物を供給し、これを切欠１０ａの中へ嵌まり込ませるため、前記矢印ｉの被加工物供給は、キャリア１０の中心線χよりも上方で行なわれる。
キャリア１０の切欠１０ａ内に嵌まり込んだ被加工物（本図において図示省略・図４を参照して後に説明する）は、キャリア１０と共に矢印ｆ方向に回転するが、キャリアの中心線χよりも下方になると該キャリアの外周側へ脱落する虞れが有るので、ガイド１０ｂを設けて脱落を防止している。
このガイド１０ｂは、基本的にはキャリア１０と同心の凹形円柱面を有する部材であるが、機構学的に凹円柱面と等価な部材（例えば円弧状ガイドバー）であっても良い。
【００２１】
図３は、前掲の図１，図２に示した実施形態における作用を説明するための模式的な斜視図である。
調整砥石２はＸ−Ｘ軸を中心として矢印ｄ方向に回転し、研削砥石４はＹ′−Ｙ′軸を中心として矢印ｇ方向に回転している。
実線で描いた被加工物３Ａは、先に説明したキャリア（図１，図２において符号１０）に案内されて矢印ｆのように調整砥石２の周囲を回転する。このとき、該調整砥石２に接触して矢印ｅのように転がり回転する。説明の便宜上、前記矢印ｆの回転を公転と呼び、矢印ｅの回転を自転と呼ぶ。
矢印ｆ方向に公転して３Ｂ位置まで進行した被加工物は、自転，公転しながら研削砥石４の外周面４ｂに接触し、面取り研削加工される。
前記外周面４ｂが、調整砥石２の外周面に対応して中凹形（凹形回転円弧面）をなしているので、符号３Ｂを付して描いた被加工物が符号３Ｃの位置まで公転する間、その端部がほぼ一様に研削砥石の外周面４ｂに対する接触を保ち、効率良く面取り研削加工される。
【００２２】
図４は、被加工物が調整砥石とワーク押えとの間を通過する状態を説明するための模式図であって、構成部材の寸法，形状は写実的に描かれてはいない。
調整砥石２の、少なくとも外周部は弾性ポリウレタン系樹脂によって構成されている。
符号３Ｂを付して示したのは研削開始位置の被加工物であり、符号３Ｃを付して示したのは研削終了位置の被加工物であって、これらの符号は前掲の図３と整合している。
前掲の図３は、調整砥石と、被加工物と、研削砥石との関係を表しており、
本図４は、調整砥石と、被加工物と、ワーク押えとの関係を表している。
キャリア１０は、回転自在に支承しておくこともできる。この場合のキャリアは、コロ軸受におけるリテーナと同様に、多数の被加工物が転がり進行する場合に被加工物相互の間隔を規制しながら、調整砥石２の回転速度の約半分の回転速度で従動的に回転せしめられる。
【００２３】
本実施形態においては、積極的にキャリア１０を矢印ｆ方向に、調整砥石の回転速度の約１／２の回転速度となるように制御しながら回転駆動する。
このように構成すると、被加工物（３Ｂ〜３Ｃ）に加えられた研削力の分力が公転に対する制動力として作用しても、キャリア１０の回転によって被加工物が強制的に公転せしめられる。
計算された回転速度で被加工物が公転しつつ、ワーク押え１４によって調整砥石２に押しつけられるので、該被加工物は調整砥石に対して滑ることなく転がり運動し、適正に自転・公転する。
滑りを生じないので調整砥石の摩耗が抑制され、耐久性が向上する。また、自転によってセンターレス研削特有の造円作用が発揮され、高精度の面取り研削加工が行なわれる。
調整砥石２を構成している弾性ポリウレタン系樹脂は、接線送り方式のセンターレス研削に好適な摩擦係数と弾性率とを有し、かつ、実用上充分な耐摩性を有するとともに、研削液に対して化学的に安定である。
【００２４】
図４から容易に理解されるように、矢印ｆ方向の公転によって矢印ｅ方向の自転を行なわせるためには、調整砥石２と被加工物３Ｂ，３Ｃとの間に充分な摩擦係数を必要とする。本実施形態の調整砥石２は弾性ポリウレタン系樹脂で構成されているので所要の摩擦係数が得られる。
また、調整砥石２と被加工物とワーク押えとの三者が剛体であっては、調整砥石２から被加工物３Ｂ〜３Ｃに対して摩擦伝動することが極めて困難であるが、本例の調整砥石２は弾性ポリウレタンで構成されていて、適度の弾性を有しているから円滑な摩擦伝動が行なわれる。
本図４に示した位置の被加工物３Ｂは、弾性を有する調整砥石２と、剛性の大きいワーク押え硬化層１４ａとの間に形成されている円筒状空間の中を、矢印ｅ方向に自転しながら矢印ｆ方向に公転して３Ｃの位置まで進行する。この間に、前掲の図３のようにして面取り加工を施され、その後は矢印ｈのように放出され、図外のシュートによって次の工程に送られる。
【００２５】
図５は、前掲の図１（Ａ）に仮想線で示したＶ部の拡大詳細図である。
被加工物３はキャリア１０に保持されていて、詳しくは前掲の図２に示したスリット状の切欠１０ａに嵌め合わされている。本図５に表されているように、被加工物３の端部（図において右端部）がキャリア１０から若干突出するように、前記スリット状切欠１０ａの切込み深さ寸法（図２（Ａ）に示した寸法Ｄ）が設定されている。
本例の研削砥石４はダイヤモンド研削層を形成されていて、図示の矢印ｇ方向に回転している。この矢印ｇ方向は、被加工物３に与える研削力が、該被加工物を前記スリット状切欠の中へ押し入れる方向に作用するように設定されている。
被加工物３は、その長手方向の中心線の周りに自転しながら、紙面とほぼ垂直に公転するので、研削砥石４によって面取り加工される。特に、自転しながら研削されるので、高精度の回転面が形成される。
【００２６】
【発明の効果】
以上に実施形態を挙げてその構成，作用を説明したように、請求項１の発明方法によると、被加工物を調整砥石の外周面に沿って公転させながら研削砥石に接触させるので、該被加工物が多数である場合、これを順次に供給して１個ずつ研削砥石に接触させ、連続的に被加工物を研削するので、１個ずつ供給していた従来技術に比して格段に高能率で加工することができる。
その上、該被加工物は公転しながら自転しているので、この被加工物の端部に研削砥石を接触させることにより、該被加工物を芯出しチャック・回転駆動する必要が無く、高精度の面取り加工を施すことができる。
そして、調整砥石とワーク押えとの間に「被加工物の直径寸法とほぼ等しい円弧状の間隙」が形成されるので、この間隙の中へ被加工物を導くと、調整砥石との摩擦力によって転がり運動せしめられ、自動的に公転・自転する。このため、容易に面取り加工することができる。
さらに、キャリアに設けられたスリット状の切欠の中に被加工物を収納して、このキャリアを「被加工物の公転」と同期して回転させると、該被加工物はスリット状切欠の中で自由に自転することができ、かつ、調整砥石の中心線に対して平行に保持される。
被加工物の、調整砥石に対する平行度を保つと、該被加工物の端部の面取り加工が正確に行なわれ、かつ、調整砥石による被加工物の自転駆動（ころがり駆動）が無理無く正確に、かつ円滑に行なわれる。
このような作用効果は、被加工物の面取り部がスリット状の切欠から突出しているから現出され得るのである。すなわち、該スリット状切欠の奥行寸法が被加工物の長さ寸法よりも小さく（浅く）あってこそ果たされる。
【００２７】
請求項２の発明装置によると、キャリアを「調整砥石の回転速度の約半分の回転速度」で回転させるので、該キャリアのスリット状切欠の中に保持されている被加工物は、キャリアによって強制的に公転せしめられる。このため、該被加工物に研削力が作用しても、ほとんど滑りの無い転がり運動を行ない安定した状態で面取り加工される。このように滑りの無い転がり運動が行なわれることが本請求項２に特有の効果であり、従来技術によっては達成し得なかった高精度研削を可能ならしめた。
【００２８】
請求項３の発明装置によると、円柱状の被加工物を「調整砥石とワーク押えとの間の円筒状空間」の中で転がり運動させることができ、
かつ、転がり運動している被加工物の端部の縁に対して研削砥石を接触させることによって、高能率で面取り加工を施すことができる。
さらに、キャリアのスリット状切欠の中へ被加工物を嵌め込むと、該被加工物は調整砥石の回転中心線に対して平行に保持される。
被加工物が調整砥石と平行を保って該調整砥石の外周面に接触すると、該被加工物は調整砥石から摩擦伝動を受けて、正確に転がり運動を生じて自転・公転する。そして、多数の被加工物を順次に面取り加工する際、キャリアのスリット状切欠は該多数の被加工物が研削砥石に接触するタイミングを自動的に制御する。このため、多数の被加工物が順次に、かつ連続的に面取り研削加工され、作業能率を高めるとともに、製品品質の均一性を保持する。
このような作用効果は、被加工物の面取り部がスリット状の切欠から突出しているから現出され得るのである。すなわち、該スリット状切欠の奥行寸法が被加工物の長さ寸法よりも小さく（浅く）あってこそ果たされる。
【００２９】
請求項４の発明装置によると、多数の被加工物の１個ずつを、前記キャリアに設けられているスリット状切欠の中へ順次に供給して嵌め込むことができる。
そして、スリット状切欠に嵌め込まれた被加工物が該キャリアと一緒に公転して研削砥石の接触を受けるまでの間、ガイドの作用によってスリット状切欠から脱落しないよう保持して案内される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の１実施形態を示し、部分的に切断して描いた模式的な２面図である。
【図２】前掲の図１に示した調整砥石とキャリアとを抽出して描いた模式的な説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】前掲の図１に示した実施形態における作動の概要を説明するための模式的な要部斜視図である。
【図４】被加工物が、調整砥石とワーク押えとの間で公転・自転する状態を説明するための模式的な断面図である。
【図５】被加工物が研削されている状態を説明するための要部拡大断面図である。
【図６】センターレス研削の公知技術を説明するために示したもので、（Ａ）は標準型センターレス研削機の正面図、（Ｂ）は接線送り型センターレス研削機の模式図である。
【符号の説明】
１…ブレード、２…調整砥石、２ａ…調整砥石軸、２ｂ…サーボモータ、３…被加工物、４…研削砥石、４ａ…研削砥石軸、４ｂ…外周面、９Ａ〜９Ｃ…被加工物、１０…キャリア、１０ａ…スリット状の切欠、１０ｂ…ガイド、１１…キャリアドラム、１２…キャリア支持軸、１３…キャリア駆動部、１４…ワーク押え、１４ａ…硬化層

Claims (4)

1. センターレス研削によって円柱状被加工物の端の縁を面取り加工する方法において、
   被加工物を調整砥石の回転軸に対して平行に保ちつつ、
   該被加工物を調整砥石の外周面に沿って公転せしめるとともに、被加工物の中心線の周りに自転せしめ、
   上述のようにして公転および自転している被加工物の端部に対して研削砥石を接触せしめ、
   調整砥石の半径寸法と被加工物の直径寸法との和にほぼ等しい半径寸法の凹形円柱面を有し、剛性を有するワーク押えを構成し、該ワーク押えの凹形円柱面を調整砥石と同心に保持した状態で、
   調整砥石とワーク押えとの間に被加工物を導いて通過せしめ、該ワーク押えにより被加工物を調整砥石に押しつけて接触圧を与え、
   上記の接触圧によって生じる摩擦力で被加工物に転がり自転を行なわせ、
   直円筒の片側の端から、該直円筒の中心線に平行なスリット状の切欠を設けた櫛状のキャリアを構成するとともに、該切欠の奥行寸法を被加工物の長さ寸法よりも短くし、
   上記キャリアの中に調整砥石を、平行に、かつ偏心させて配置し、
   前記スリット状切欠の中に被加工物を嵌め合わせ、
   直円筒状のキャリアを、その中心線の周りに回転させて、被加工物の公転を案内することを特徴とする面取り加工方法。
2. 前記のキャリアを、調整砥石の回転方向と同じ回転方向に、かつ、調整砥石の回転速度のほぼ１／２の回転速度で回転せしめるように制御して回転駆動することを特徴とする、請求項１に記載した面取り加工方法。
3. 円柱状の被加工物の外周面に接触する砥石車である調整砥石と、該被加工物に接触する砥石車である研削砥石とを具備しているセンターレス研削機であって、
   円柱状の被加工物の直径寸法と、調整砥石の半径寸法との和にほぼ等しい半径寸法の凹円柱面を有するワーク押えが固定されていて、
   上記ワーク押えは、一定の形状を保つ剛性を有する部材であり、
   上記ワーク押えの凹円柱面と調整砥石の外周面との間に挟まれて転がり運動している円柱状被加工物の端部付近に接触して端部の縁を研削する研削砥石を具備しており、
   かつ、調整砥石の直径よりも大きい内径寸法を有する直円筒状をなし、その片方の端から中心線と平行なスリット状の切欠を列設されて櫛歯状をなすキャリアが設けられていて、該切欠の奥行寸法は被加工物の長さ寸法よりも短く、
   上記のキャリアは、調整砥石に対して平行に、かつ偏心して、回転可能に支持されていることを特徴とする面取り加工装置。
4. 前記のキャリアを、調整砥石の回転方向と同じ方向に、かつ、該調整砥石の回転速度のほぼ１／２の回転速度で、回転させる駆動機構が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載した面取り加工装置。

Images